Этап - Постановка задачи

Под задачей в самом общем смысле этого слова понимается некая проблема, которую надо решить. На этапе постановки задачи необходимо отразить три основных момента.

I.1. Описание задачи

Задача (проблема) формулируется на обычном языке, и описание должно быть понятным. Главное здесь – определить объект моделирования и понять, что собой должен представлять результат. От того, как будет понята проблема, зависит результат моделирования и, в конечном итоге, принятие решения.

По характеру постановки все задачи можно разделить на две основные группы.

К первой группе можно отнести задачи, в которых требуется исследовать, как изменятся характеристики объекта при некотором воздействии на него. Такую постановку задачи принято называть «что будет, если?..». Например, как изменится скорость автомобиля через 6 с, если он движется прямолинейно и равноускоренно с начальной скоростью 3 м/с и ускорением 0,5 м/с?

Вторая группа задач имеет такую обобщенную формулировку: какое надо произвести воздействие на объект, чтобы его параметры удовлетворяли некоторому заданному условию? Такая постановка задачи часто называется «как сделать, чтобы?..». Например, какого объема должен быть воздушный шар, наполненный газом гелием, чтобы он мог подняться с грузом 100 кг?

I.2. Цель моделирования

Цели моделирования определяется расчетными параметрами модели. Чаще всего это поиск ответа на вопрос, поставленный в формулировке задачи. Цель моделирования задач типа «как сделать, чтобы...» – создание объектов с заданными свойствами. Цель моделирования задач типа «что будет, если...» – определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения. Подобное моделирование имеет важное значение при обращении к социальными экологическим проблемам: что будет, если увеличить плату за проезд в транспорте, или что произойдет, если закопать ядерные отходы в такой-то местности?

 

I.3. Анализ объекта

На этом этапе, отталкиваясь от общей формулировки задачи, четко выделяют моделируемый объект и его основные свойства. По сути, все эти факторы можно назвать входными параметрами моделирования. Их может быть довольно много, причем некоторые невозможно описать количественными соотношениями. Иногда задача может быть уже сформулирована в упрощенном виде, и в ней четко поставлены цели и определены параметры модели, которые надо учесть. Очень часто исходный объект – это целая совокупность более мелких составляющих, находящихся в некоторой взаимосвязи. Слово «анализ» (от греч. «analysis») означает разложение, расчленение объекта с целью выявления составляющих, называемых элементарными объектами. В результате появляется совокупность более простых объектов. Они могут находиться между собой либо в равноправной связи, либо во взаимном подчинении.

Есть объекты и с более сложными взаимосвязями. Как правило, сложные объекты могут состоять из более простых с разными видами взаимосвязей. В основу любой серьезной работы (будь то конструкторская разработка или проектирование технологического процесса, разработка алгоритма или моделирование) должен быть положен системный принцип «сверху вниз», т.е. от общих проблем к конкретным деталям. Таким образом, результат анализа объекта появляется в процессе выявления его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними.

Разработка модели

II.1. Информационная модель. На этом этапе выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов в любой форме: устно, в виде схем, таблиц. Формируется представление об элементарных объектах, составляющих исходный объект, т.е. информационная модель.

Модели должны отражать наиболее существенные признаки, свойства, состояния и отношения объектов предметного мира. Именно они дают полную информацию об объекте. Она может быть разносторонней и весьма обширной. Но информации не обязательно должно быть много. Важно, чтобы она была «по существу вопроса», т.е. соответствовала цели, для которой используется. Один и тот же объект можно рассматривать с разных точек зрения и, соответственно, описывать его по-разному. Некоторые свойства объекта можно записать в виде формул, связывающих различные параметры. Для описания объектов, их свойств и отношений можно использовать различные схемы; рисунки, знаковые системы, числовые характеристики. И хотя информация не может заменить реальный объект, но каждое такое описание будет с разной степенью точности его характеризовать.

В информационной модели параметры объекта и его составляющих представлены в числовой, текстовой или иной форме, а действия в ходе исследования – в виде процессов обработки информации.

Информационная модель никогда не характеризует объект полностью, да и не должна делать этого. Для одного и того же объекта можно построить различные информационные модели. Выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и ее сложность обусловлены целью моделирования.

Построение информационной модели является отправным пунктом этапа разработки модели. Все входные параметры объектов, выделенные при анализе, располагают в порядке убывания значимости и проводят упрощение модели в соответствии с целью моделирования. При этом отбрасываются факторы, несущественные с точки зрения того, кто определяет модель. Если же отбросить наиболее существенные факторы, то модель окажется неверной. В зависимости от количества определяющих факторов можно построить несколько моделей. Во многих исследованиях используется прием создания моделей для одного объекта, начиная с простейших – с минимальным набором определяющих параметров. Далее модели усложняются, т.е. вводятся те параметры, которые прежде были отброшены. Иногда задача изначально может быть сформулирована в упрощенной форме. В ней четко поставлены цели и определены параметры модели, которые надо учесть.

Все элементарные объекты, выделенные при анализе, должны быть показаны во взаимосвязи. В информационной модели отображаются только бесспорные связи и очевидные действия. Такая модель дает первичную идею, определяющую дальнейший ход моделирования.

II.2. Знаковая модель. Информационная модель, как правило, представляется в той или иной знаковой форме, которая может быть либо компьютерной, либо некомпьютерной. Прежде чем взяться за компьютерное моделирование, человек делает предварительные наброски чертежей на бумаге, выводит расчетные формулы.

II.3. Компьютерная модель. На основе информационной и знаковой моделей составляется компьютерная модель. Она непосредственно связана с прикладной программой, с помощью которой производится моделирование. Существует бесчисленное множество программных комплексов, которые позволяют проводить исследование (моделирование) информационных моделей. Каждая программная среда имеет свой инструментарий и позволяет работать с определенными видами информационных объектов. Поэтому возникает нелегкий вопрос выбора наиболее удобной и эффективной среды для решения поставленной задачи.

В процессе разработки компьютерной модели исходная информационная знаковая модель будет претерпевать некоторые изменения по форме представления, т.к. должна ориентироваться на конкретную программную среду и инструментарий.

Компьютерная модель – модель, реализованная средствами программной среды. Таким образом, при моделировании на компьютере необходимо иметь представление о классах программных средств, их назначении, инструментарии и технологических приемах работы.